KR100708921B1 - 단열흡음구조체 및 그것을 사용한 차량 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 넓은 객실공간을 얻기 위하여 단열 차음층의 구조의 두께를 얇게 하기 위하여 진공 단열패널을 사용하여 높은 단열성능과 차음성능을 양립하여 쾌적한 차내 환경을 얻는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 더블 스킨구조의 경량 합금 구조체(10)의 한쪽 면에 진공 단열패널(21)을 중앙부재로 하고, 상기 패널의 양면을 부직포 또는 발포체의 탄력성이 있는 흡음재(22, 23)로 끼워 넣은 단열 흡음층(20)을 형성하여 그 위를 내장재(24)로 덮도록 시공한다. 이 구조에 의하여 더블 스킨구조체측으로부터 투과하여 오는 소음을 흡음재의 탄성과 진공 단열패널의 강성의 상호작용에 의해 투과손실을 향상시킨다.
Description
도 1은 본 발명의 진공단열재와 흡음재의 적층관계를 나타내는 횡단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 진공단열재와 흡음재의 적층관계를 나타내는 횡단면도,
도 3은 종래의 차량 단면구조를 나타내는 횡단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예의 단열 흡음층의 더블 스킨구조체에 대한 설치구조를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예와 종래구조의 음향 투과손실의 비교결과를 나타내는 도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예와 종래구조의 음향 투과손실의 비교결과를 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a : 단열 흡음구조체 10 : 더블 스킨구조체
21 : 진공 단열패널 22, 23 : 흡음재
24 : 내장패널 51 : 유리섬유계의 흡음 단열재
본 발명은 진공 단열재와 흡음재를 사용한 철도차량 또는 모노레일차량에 관한 것이다.
최근, 수송차량에서는 제작의 합리화 및 고속화에 따르는 경량화와 내압성 향상의 관점에서, 경합금제의 대형 중공형재를 이용한 차체(더블 스킨구조)가 제작되고 있다. 이들 차체는 경량화와 내압성 향상을 도모하기 위하여 측면부나 지붕 구조체가 곡면을 가지는 구조로 되어 있다. 예를 들면 이와 같은 구조체는 특허문헌 1에 기재된 차량이다.
이와 같은 차량 구조체에 사용되는 단열구조로서는, 현상의 주류는 구조체의 실내측과 의장용 내장과의 사이에 글라스울 등의 섬유형상의 단열재를 부착하여 차체 외부로부터의 열의 침입을 차단하는 구조가 취해지고 있다. 그러나 이와 같은 구조를 더블 스킨구조체에 적용하면 벽의 두께가 두꺼워지고, 특히 철도차량에 있어서는 차내 공간을 확보하는 관점에서 될 수 있는 한 얇게 하도록 요구되고 있다. 이 때문에 단열성능이 뛰어난 재료를 사용하도록 되어 있다. 이들 요구에 대응하기 위하여 하기 특허문헌 1, 특허문헌 2와 같은 진공 단열재를 사용한 차체 구조가 검토되고 있다.
또, 철도차량의 구조체에 제진성능을 가지게 하여 차내의 소음을 저감하는 방법이 하기 비특허문헌 3에 기재되어 있다. 본 방식에서는 소음에 관해서는 효과를 기대할 수 있으나 단열성을 확보하기 위한 단열재의 두께가 두꺼워져 넓은 차내 공간을 확보하는 점에서 과제로 되어 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개평10-258736호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개평11-100915호 공보
[비특허문헌 1]
「차량기술」2001/9, No.222 p22-31
상기 종래기술에 있어서, 진공 단열재를 구조체에 설치하는 경우, 구조체의 표면에 진공 단열재를 직접 가압하여 따르게 하도록 하면 진공 단열재의 코어재에 국부적으로 큰 힘이 가해져, 코어재의 변형, 단열재의 외포(外包) 용기가 파손되어 기밀성이 손실되어 단열성능이 저하한다는 문제가 있다.
또, 구조체 안쪽의 레일부를 이용하여 박판의 스프링재로 진공 단열재의 표면을 가압하여 고정하는 방법이 제안되어 있으나, 장기간의 가압에 의하여 외포 용기와 코어재가 변형되어 가라 앉아 최종적으로는 균열의 발생이 염려되고 있다.
또한 더블 스킨구조체내에 제진재를 부착하여 차내 소음을 저감하는 방법에 있어서는 구조체의 중량 증가와 단열재의 두께가 문제가 되어, 두께가 얇은 단열 흡음기능이 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 단열 차음층의 두께를 얇게 하여 넓은 객실공간을 확보하면서도, 높은 단열성능과 차음성능을 얻는 것 을 목적으로 한다.
상기 목적은 2매의 판과 그것들을 연결하는 리브로 형성되는 경량 합금제의 더블 스킨구조체와, 더블 스킨구조체의 한쪽 면측의 차내측에 적층되는 단열 흡음층을 구비한 단열 흡음구조체에 있어서, 상기 단열 흡음구조체는, 상기 더블 스킨구조체로부터 차내측을 향하여 탄력성이 있는 흡음재, 진공 단열재, 내장재 패널을, 순서대로 적층하고 있는 것에 의하여 달성할 수 있다.
또는 2매의 판과 그것들을 연결하는 리브로 형성되는 경량 합금제의 더블 스킨구조체와, 더블 스킨구조체의 한쪽 면측의 차내측에 적층되는 단열 흡음층을 구비한 단열 흡음구조체에 있어서, 상기 단열 흡음층은 강성을 가지고 상기 적층방향으로 평판형상의 진공 단열패널과, 상기 적층방향의 상기 진공 단열패널의 양면에 적층되는 섬유형상 부직포 또는 탄력성을 가지는 발포체로 이루어지는 흡음재와, 상기 단열 흡음구조체의 차내측에 있고, 상기 단열 흡음구조체를 덮는 내장재 패널로 이루어지는 것에 의하여 달성할 수 있다.
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 단열 흡음구조체의 단면구조를 나타낸다. 전체를 부호 1a로 나타내는 단열 흡음구조체는, 더블 스킨구조체(10)와, 더블 스킨구조체(10)의 한쪽 면인 차량의 실내 측면에 적층되는 단열 흡음층(20)을 가진다.
더블 스킨구조체(10)는 예를 들면 알루미늄합금을 압출 성형하여 만들어지는 형재로서, 평행한 2매의 판재(11, 12)를 트러스구조의 리브(13)로 연결한 단면구조를 가진다.
단열 흡음층(20)은, 더블 스킨구조체(10)의 차내측에 설치되는 것으로, 진공 단열패널(21)의 양측을 섬유형상 부직포 또는 발포체로 형성되는 탄력성이 있는 흡음재(22, 23)로 끼워 넣은 구조를 가진다. 즉, 더블 스킨구조체의 차내측에, 흡음재(22),진공 단열패널(21), 흡음재(23)가 차례로 적층되어 있다. 흡음재(23)의 차내측에는 내장재 패널(24)이 적층된다.
진공 단열패널(21)은, 코어재를 기밀성이 있는 필름으로 덮어 개략 직사각형상으로 형성한 패널로서, 내부를 진공으로 하여 단열성을 높인 패널이다. 이 패널은 6 mm의 두께치수를 가진다. 진공 단열재(21)의 두께는 일 실시예로서 나타낸 것으로, 이 값에 한정되는 것이 아니다. 필요에 따라 홈을 설치하여 곡면부에도 용이하게 밀착할 수 있는 구조로 한다.
단열 흡음층(20)의 진공 단열패널(21)과 한쪽 면측의 흡음재(섬유형상 부직포)(23)와의 접촉면, 흡음재(23)와 내장재 패널(24)과의 접촉면, 진공 단열패널(21)의 다른 면측과 흡음재(22)와의 접촉면에는 각각 상대적 이동방지수단이 있다. 이것은 접착제로 접착되거나, 또는 양면 테이프로 접착되어 있다. 또는 기계적인 수단(기구)으로 구성된다.
이 기계적 수단은, 일반적으로 매직테이프(상품명)라 불리우는 것으로 이루어진다. 매직테이프의 한쪽의 부재는 접촉면의 한쪽의 부재에 설치되고, 다른쪽 부재는 접촉면의 다른쪽 부재에 설치된다. 구조체적으로 설명하면 한쪽의 부재에는 다른쪽 부재를 향하여 돌출하는 돌출부가 다수 있고, 상기 다른쪽 부재에는 상기 돌출부가 들어 가는 오목부가 다수 있다.
이 상대적 이동방지수단(기구)은, 더블 스킨구조체(10)의 진동에 의하여 단열 흡음층(20)의 각 부재가 진동하여 접촉면에서의 소음의 발생을 방지하기 위한 수단(기구)이다.
흡음재(22)와 더블 스킨구조체(10)의 판(12)은 접촉하고 있을 뿐이며, 상기상대적 이동방지수단(기구)은 없다.
내장재 패널(24)은, 알루미늄판의 표면에 수지시트 등이 부착한 것으로, 패널(24)의 판두께치수는 약 2 mm 이다. 또 내장재 패널(24)은 얇은 알루미늄판의 2매의 사이에 수지를 충전한 것이나, 발포시킨 단열재를 끼워 넣은 것이어도 좋다. 또 알루미늄판은 표면이 평편할 필요는 없다. 표면이 물결형상의 요철이 있어도 좋다. 이 요철부재는 알루미늄판과 동일재이거나 다른 부재이어도 상관없다.
단열 흡음층의 흡음재(22)는, 유리형상 섬유의 섬유형상 부직포이고, 두께 8 mm 이다.
단열 흡음층의 흡음재(23)는, 탄력성을 가지는 발포체이고, 두께치수는 8 mm 이다.
더블 스킨구조체(10)의 두께치수(t1)는 40 mm 이고, 단열 흡음층(20)의 두께치수(t2)는 24 mm, 단열 흡음구조체(1a)의 구조의 두께치수(T1)는 64 mm가 되었다.
다음에 더블 스킨구조체(10)에 대한 단열 흡음층(20)의 설치구조를 도 4에 의하여 설명한다. 단열 흡음층(20)의 내장재 패널(24)에 흡음재(23)가 접착제로 접착되어 있다. 흡음재(23)와 진공 단열패널(21)은 접착재로 접착되어 있다. 진공 단열패널(21)과 흡음재(22)는 접착재로 접착되어 있다.
상기한 바와 같이 단열 흡음층(20)을 제작한 후, 단열 흡음층(20)을 더블 스킨구조체(10)에 설치한다. 단열 흡음층(20)의 내장재 패널(24)의 바깥 둘레부는 더블 스킨구조체(10)측의 흡음재(22, 23), 진공 단열패널(21)의 바깥 둘레부보다도 크다. 더블 스킨구조체(10)의 실내측에는 내장재 패널(24)을 고정하기 위한 커튼레일(121)이 돌출되어 있다. 이 커튼레일(121)은 주지와 같이 선단측이 상대방 커튼레일(121)을 향하여 돌출되어 있다. 이 돌출부에 T형 볼트(122)의 머리부가 걸린다. T형 볼트(122)를 너트(123)로 차내측으로부터 체결한다. 너트(123)를 체결하기 전에 T형 볼트(122)는 커튼레일(121)에 설치되어 있다. 125는 단열재이고, 두께는 2 mm이다. 커튼레일(121)의 돌출 높이는 약 20 mm 이다. 한쪽의 단열 흡음층(20)의 두께는 다른쪽 단열 흡음층(20)보다도 두껍다.
이것에 의하면, 단열 흡음층(20)은 복수의 부재로 이루어지나, 일체로 고정되어 있기 때문에, 단열 흡음층(20)의 더블 스캔구조체에 대한 설치작업을 간단하게 할 수 있다. 내장재 패널(24), 진공 단열패널(21), 흡음재(22, 23)는 경량이기 때문에 일체로 하여도 취급을 용이하게 할 수 있다.
도 3은 종래 구조의 단열 흡음구조체를 나타낸다. 이 단열 흡음구조체(1c)는 더블 스킨구조체(10)와 흡음층(50)을 가진다.
더블 스킨구조체(10)는 도 1에 나타내는 것과 동일하고, 알루미늄합금의 압출 형재이다. 흡음층(50)은 예를 들면 유리섬유계의 흡음 단열재(51)를 가진다. 흡음 단열재(51)의 차내측에는 내장재 패널(24)이 설치된다. 본 패널(24)은 도 1에 나타내는 것과 동일한 것이다.
더블 스킨구조체(10)의 두께치수(t1)는, 도 1의 것과 마찬가지로 40 mm 이다. 또 내장재 패널(24)을 포함하는 흡음층(50)의 두께치수(t3)는 50 mm 이다.
따라서 전체의 구조의 두께치수(T3)는 90 mm가 된다.
이것에 대하여, 도 1에 나타내는 실시예 1의 것은, 구조의 두께치수(T1)는 64 mm로서, 두께치수가 대폭으로 줄어 있다.
도 5는 실시예 1의 것과, 도 3에 나타내는 종래의 것을 차음성능으로 비교한 것이다.
도 5는 가로축에 음향의 주파수를, 세로축에 음향의 투과손실을 취한 것이다.
실시예의 구조체는, 종래와 비교하여 얇은 구조의 두께치수이면서, 음향 투과 손실을 크게 잡을 수 있다. 즉, 차음특성이 우수한 것이 실험에 의해 확인되었다.
이것은 탄성을 가지는 흡음층의 탄성 스프링작용과 진공 단열재 강성과의 상호효과에 의하여 매스댐퍼가 형성되어 음향 투과 손실이 향상한 것이다.
또 진공 단열재를 구비함으로써 종래예에 비하여 2배의 단열효과를 가지는 것이 실험에 의하여 확인되었다.
(실시예 2)
도 2에 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 단열 흡음구조체(1b)에 있어서는, 진공 단열패널(21)의 위치를 내장패널(24)의 바로 밑에 설치하고 있다. 흡음재(31)는 실시예 1에서 사용한 섬유형상 부직포(22)와 동일재질이다. 두께치수는 16 mm 이다. 진공 단열재(21), 내장패널(24), 더블 스킨구조체(10)는 실시예 1과 동일하다.
더블 스킨구조체의 두께치수(t1)는 실시예 1과 마찬가지로 40 mm 이고, 흡음층(30)의 두께치수가 실시예 1과 같은 24 mm 이다.
비교대상으로서 상기한 비교 모델의 도 3을 사용하여 동일 크기의 시험편으로 음향 투과손실을 측정하였다.
그 결과를 도 6에 나타낸다. 도면에서 구조의 두께치수(T1)가 90 mm 로부터 64 mm로 26 mm 얇아졌음에도 불구하고 흡음층의 탄성 스프링작용과 진공 단열재의 강성과의 상호효과에 의하여 매스 댐퍼가 형성되어, 음향 투과손실은 향상되고 있는 것을 알 수 있다. 또한 도 5와 비교하여 1 kHz 이하의 저주파영역에서 음향 투과손실이 향상되고 있다.
따라서 저주파영역의 소음을 제거하고 싶은 경우는 본 실시예의 구성으로 하는 것이 유효하다. 본 실시예의 흡음재(31)는 탄력성의 발포체이어도 좋고, 또 섬유형상 부직포와 발포체 중 어느 하나로 그 종류를 다르게 하여 복수층 겹칠 수도 있다.
또, 단열성능에 대해서도 실시예 1과 동일한 성능의 것을 사용하고 있기 때문에 동등한 성능을 확보할 수 있는 것은 분명하다.
용적효율이 문제가 되는 수송차량(예를 들면 철도차량 또는 모노레일차량)의 단열 차음구조체의 구조에 적용 가능하다.
이것에 의하면, 더블 스킨구조의 경량 합금구조체의 한쪽 면의 차내측에 흡음재, 진공 단열재, 내장재 패널을 차례로 적층함으로써 더블 스킨구조체측으로부터 투과되어 오는 소음을 흡음재의 탄성과 진공 단열패널의 강성의 상호작용에 의해 투과손실을 향상할 수 있는 것이다.
Claims (8)
- 2매의 판과 그것들을 연결하는 리브로 형성되는 경량 합금제의 더블 스킨구조체와, 더블 스킨구조체의 한쪽 면측의 차내측에, 적층되는 단열 흡음층을 구비한 단열 흡음구조체에 있어서,상기 단열 흡음층은, 강성을 가지고, 상기 적층방향으로 평판형상의 진공 단열패널과, 상기 적층방향의 상기 진공 단열패널의 양면에 적층되는 섬유형상 부직포 또는 탄력성을 가지는 발포체로 이루어지는 흡음재와, 상기 단열 흡음구조체의 차내측에 있고, 상기 단열 흡음구조체를 덮는 내장재 패널로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 단열 흡음구조체.
- 제 1항에 있어서,상기 진공 단열패널과 상기 섬유형상 부직포와, 상기 진공 단열패널과 상기발포체와, 상기 내장재 패널과 이것에 접하는 상기 섬유형상 부직포 또는 상기 발포체는, 각각 접착제 또는 접착 테이프로 접착되거나, 또는 양자 사이에 양자의 상대적 이동을 방지하는 상대적 이동방지기구로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 흡음구조체.
- 2매의 판과 그것들을 연결하는 리브로 형성되는 경량 합금제의 더블 스킨구조체와, 더블 스킨구조체의 한쪽 면측의 차내측에, 적층되는 단열 흡음층을 구비한 단열 흡음구조체에 있어서,상기 단열 흡음구조체는, 상기 더블 스킨구조체로부터 차내측을 향하여 탄력성이 있는 흡음재, 진공 단열재, 내장재 패널을, 차례로 적층하고 있는 것을 특징으로 하는 단열 흡음구조체.
- 제 1항에 있어서,상기 흡음재는, 섬유형상 부직포인 것을 특징으로 하는 단열 흡음구조체.
- 제 3항에 있어서,상기 단열 흡음구조체의 상기 흡음재를 복수층으로 구성하는 것을 특징으로 하는 단열 흡음구조체.
- 제 3항에 있어서,상기 진공 단열패널과 상기 내장재 패널은, 또 상기 진공단열재와 상기 흡음단열재는, 각각 접착제, 또는 접착 테이프로 접착되거나, 또는 접촉하고 있는 양자의 상대적 이동을 방지하는 상대적 이동방지수단으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 흡음구조체.
- 단열 흡음구조체를 사용한 차량 구조체에 있어서,상기 단엽 흡음구조체는, 2매의 판과 그것들을 연결하는 리브로 형성되는 경량 합금제의 더블 스킨구조체와, 더블 스킨구조체의 한쪽 면측의 차내측에, 적층되는 단열 흡음층을 구비하되,상기 단열 흡음층은, 강성을 가지고, 상기 적층방향으로 평판형상의 진공 단열패널과, 상기 적층방향의 상기 진공 단열패널의 양면에 적층되는 섬유형상 부직포 또는 탄력성을 가지는 발포체로 이루어지는 흡음재와, 상기 단열 흡음구조체의 차내측에 있고, 상기 단열 흡음구조체를 덮는 내장재 패널로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 단열 흡음구조체를 사용한 차량 구조체.
- 단열 흡음구조체를 사용한 차량 구조체에 있어서,상기 단열 흡음구조체는, 2매의 판과 그것들을 연결하는 리브로 형성되는 경량 합금제의 더블 스킨구조체와, 더블 스킨구조체의 한쪽 면측의 차내측에, 적층되는 단열 흡음층을 구비하되, 상기 더블 스킨구조체로부터 차내측을 향하여 탄력성이 있는 흡음재, 진공 단열재, 내장재 패널을, 차례로 적층하고 있는 것을 특징으로 하는 단열 흡음구조체를 사용한 차량 구조체.
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